Όργανα μέτρησης ORP/οξειδοαναγωγής για ανάλυση νερού

Παρόμοια με τον τρόπο ποσοτικοποίησης των όξινων ή βασικών διαλυμάτων με μετρήσεις pH, τα διαλύματα μπορούν επίσης να ταξινομηθούν ως οξειδωτικά ή αναγωγικά με βάση τις μετρήσεις του ORP: δυναμικό οξείδωσης-αναγωγής ή “οξειδοαναγωγικό” για συντομία.

Μια αντίδραση οξειδοαναγωγής είναι μια αντίδραση μεταξύ μορίων και/ή ιόντων στην οποία ανταλλάσσονται ηλεκτρόνια. Ο όρος «οξειδοαναγωγή» χρησιμοποιείται συχνά στην επεξεργασία νερού, αλλά τι σημαίνει στην πράξη; Αντιπροσωπεύει την καθαρότητα του νερού και την ικανότητά του να διασπά τη ρύπανση. Η τιμή οξειδοαναγωγής δίνει επίσης μια ένδειξη του επιπέδου διαλυμένου οξυγόνου στο νερό. Το πολύ μολυσμένο νερό περιέχει λιγότερο διαλυμένο οξυγόνο επειδή η οργανική ρύπανση καταναλώνει οξυγόνο. Ως αποτέλεσμα, το δυναμικό οξειδοαναγωγής του μολυσμένου νερού θα είναι χαμηλότερο από αυτό του καθαρού νερού.

Με ένα όργανο μέτρησης ORP μπορείτε να μετρήσετε την τιμή οξειδοαναγωγής σε millivolt, η οποία ποικίλλει από -2000 mV έως +2000 mV.

Η μέτρηση ORP είναι χρήσιμε σε διάφορες εφαρμογές όπως η απολύμανση, η οινοποίηση, η επιμετάλλωση και η εξόρυξη.

Μια επισκόπηση ορισμένων τιμών οξειδοαναγωγής και των εφαρμογών τους:

Η απολύμανση του δημοτικού νερού συχνά επιτυγχάνεται με την προσθήκη χλωρίου. Η προκύπτουσα αντίδραση οξείδωσης με νερό σχηματίζει υποχλωριώδες οξύ. Σε εφαρμογές επεξεργασίας νερού, το ORP χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της οξείδωσης ελέγχοντας την ποσότητα του ελεύθερου χλωρίου έως ότου επιτευχθεί ένα γνωστό επίπεδο ORP που σκοτώνει τα βακτήρια.

ORP και D.O. (διαλυμένο οξυγόνο)

Το διαλυμένο οξυγόνο είναι μια σημαντική παράμετρος μέτρησης σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, βιοεπεξεργασία και υδάτινες εφαρμογές και συνήθως μετράται χρησιμοποιώντας έναν αναλυτή διαλυμένου οξυγόνου (DO). Το οξυγόνο στο διάλυμα δρα ως οξειδωτικός παράγοντας και ένα σύστημα που μεταβαίνει σε περιβάλλον χαμηλού οξυγόνου θα εμφανίσει μειωμένη τιμή ORP. Σε εφαρμογές επεξεργασίας νερού, το ORP μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με το DO για βιολογική απομάκρυνση φωσφορικών και αζώτου χρησιμοποιώντας βακτήρια. Τα επίπεδα ORP βοηθούν στην παρακολούθηση της μεταβολικής δραστηριότητας των βακτηρίων σε αερόβια, ανοξικά και αναερόβια περιβάλλοντα για τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας απομάκρυνσης.

Μέτρηση ORP σε βιομηχανικές εφαρμογές

Οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής είναι κοινές στην επεξεργασία βιομηχανικών λυμάτων για τη μείωση ή την οξείδωση των συστατικών πριν από την απόρριψη. Η επεξεργασία των λυμάτων με κυάνιο είναι ένα πολύ γνωστό παράδειγμα αντίδρασης οξείδωσης σε εφαρμογές επεξεργασίας μετάλλων. Το κυάνιο είναι γνωστό καρκινογόνο και δεν πρέπει να απελευθερώνεται στο περιβάλλον.

Το χρωμικό είναι ένα κοινό χημικό που χρησιμοποιείται στην ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση μετάλλων για την αλλαγή των χημικών ιδιοτήτων. Η ένωση είναι τοξική και πρέπει να αφαιρείται από τα λύματα για να περιοριστεί η απελευθέρωση στο περιβάλλον. Για την αναγωγή χρωμίου από εξασθενές χρώμιο σε τρισθενές χρώμιο, ελέγχεται το pH σε όξινες συνθήκες και παρακολουθείται από όργανο μέτρησης ORP. Μια δραματική μείωση στην τιμή του ORP χρησιμεύει ως ένδειξη πλήρους αναγωγής. Μια αλλαγή του pH λόγω της προσθήκης ασβέστη, προκαλεί καθίζηση υδροξειδίου του χρωμίου.

Το ORP έχει επίσης εφαρμοστεί με επιτυχία στη ζύμωση οινοποίησης για τον έλεγχο του αερισμού κατά τη διάρκεια της ζύμωσης. Τα επίπεδα ORP χρησιμοποιούνται για τη διατήρηση ενός αερόβιου περιβάλλοντος για την αναστολή του σχηματισμού υδρόθειων και πτητικών αρωμάτων θείου, τα οποία είναι ανεπιθύμητα στο τελικό προϊόν.

Η τιμή οξειδοαναγωγής του νερού κολύμβησης δείχνει πόσο καθαρό είναι το νερό. Όσο υψηλότερη είναι η τιμή οξειδοαναγωγής, τόσο λιγότεροι ιοί, μύκητες και βακτήρια μπορούν να επιβιώσουν σε αυτό. Είναι ένα έμμεσο μέτρο της συγκέντρωσης του ελεύθερου χλωρίου.

Προσοχή! Η συσχέτιση μεταξύ οξειδοαναγωγής και ελεύθερου χλωρίου εξαρτάται από την ποιότητα του νερού. Καλό είναι λοιπόν να ελέγχετε τακτικά το ελεύθερο χλώριο με φωτόμετρο!

Πώς μπορείτε να μετρήσετε την τιμή ORP ή οξειδοαναγωγής μιας πισίνας;

Η τιμή οξειδοαναγωγής δίνει επίσης μια ένδειξη του επιπέδου διαλυμένου οξυγόνου στο νερό. Το δυναμικό οξειδοαναγωγής του μολυσμένου νερού θα είναι χαμηλότερο από αυτό του καθαρού νερού.

Εάν η τιμή του ORP είναι πολύ χαμηλή, πρέπει να προστεθεί χλώριο μέχρι να επιτευχθεί η επιθυμητή τιμή. Εάν η τιμή ORP/οξειδοαναγωγής είναι πολύ υψηλή, το επίπεδο χλωρίου πρέπει να μειωθεί στην πισίνα. Το χλώριο διασπάται αυτόματα από τη λειτουργία του και από το ηλιακό φως.

Οι αναγωγικές ουσίες σε ένα ενυδρείο περιλαμβάνουν απόβλητα προϊόντα (π.χ. περιττώματα ψαριών). Οξειδωτικές ουσίες είναι, για παράδειγμα, το οξυγόνο και το όζον, τα οποία με τη σειρά τους επεξεργάζονται (καίνε) τα απόβλητα. Όταν υπάρχουν επαρκείς οξειδωτικές ουσίες, αυτό διασφαλίζει τη σωστή διάσπαση των αποβλήτων. Ωστόσο, οι διαδικασίες αποδόμησης μειώνουν επίσης την τιμή του pH στο νερό. Οι μετρήσεις pH παρέχουν πληροφορίες για τη διαδικασία αποδόμησης (η τιμή του pH περιλαμβάνεται επίσης σε αυτή τη μέτρηση). Είναι σημαντικό να επιτευχθεί μια καλή ισορροπία μεταξύ οξειδωτικών και αναγωγικών ουσιών.

Πώς μπορείτε να μετρήσετε την τιμή ORP ή οξειδοαναγωγής ενός ενυδρείου;

Η τιμή οξειδοαναγωγής μπορεί να μετρηθεί μόνο ηλεκτρονικά με ένα όργανο μέτρησης ORP/οξειδοαναγωγής.

Η τιμή οξειδοαναγωγής υποδεικνύει την ικανότητα αυτοκαθαρισμού και την καθαρότητα του νερού του ενυδρείου. Σε χαμηλή τιμή ORP, μπορεί να χορηγηθεί όζον. Ως αποτέλεσμα, περισσότερο οξυγόνο διαλύεται και η τιμή ORP θα αυξηθεί. Η τιμή οξειδοαναγωγής ενός ενυδρείου είναι βέλτιστη μεταξύ 150 mV – 300 mV. Εάν αυτό είναι χαμηλότερο, υπάρχει κάποια μόλυνση. Πολύ υψηλή τιμή οξειδοαναγωγής δεν εμφανίζεται συχνά σε ένα ενυδρείο εκτός εάν προστεθεί όζον.

Με μια ματιά, ένα ηλεκτρόδιο ORP μοιάζει με ηλεκτρόδιο pH. Όπως συμβαίνει με ένα ηλεκτρόδιο pH, τόσο ο αισθητήρας όσο και η αναφορά στεγάζονται σε ένα κοινό περίβλημα. Ένα ηλεκτρόδιο οξειδοαναγωγής πρέπει να είναι χημικά αδρανής: δεν μπορεί ο ίδιος να οξειδωθεί ή να αναχθεί. Ο αισθητήρας πρέπει επίσης να έχει τις σωστές επιφανειακές ιδιότητες για την προώθηση της ταχείας ανταλλαγής ηλεκτρονίων, μια ιδιότητα γνωστή ως πυκνότητα ρεύματος υψηλής ανταλλαγής. Δύο πολύτιμα μέταλλα έχουν αποδειχθεί ότι λειτουργούν καλά για αυτόν τον σκοπό: η καθαρή πλατίνα και ο καθαρός χρυσός χρησιμοποιούνται και τα δύο στην κατασκευή αισθητήρων ORP.

Το ηλεκτρόδιο πλατίνας προτιμάται συχνά επειδή είναι μηχανικά απλούστερος και ασφαλέστερος στην κατασκευή του. Η πλατίνα μπορεί να συγκολληθεί σε γυαλί και έχει τον ίδιο θερμικό συντελεστή. Οι αισθητήρες χρυσού δεν μπορούν να συγκολληθούν στο γυαλί και συχνά τοποθετούνται σε πλαστικά στηρίγματα προσαρμοσμένα στο γυάλινο ή πλαστικό σωλήνα μέσω μικρών ελαστομερών βυσμάτων. Το σήμα του αισθητήρα χρυσού ή πλατίνας δρομολογείται μέσω του σώματος του ηλεκτροδίου και τροφοδοτείται στο μετρητή μαζί με το σήμα αναφοράς μέσω ενός ομοαξονικού καλωδίου με βύσμα BNC.

Ηλεκτρόδιο πλατίνας: Χρησιμοποιείται σε αντιδράσεις οξείδωσης (πάνω από 500mV) όπως πισίνες και spa, δημοτικό πόσιμο νερό.
Ηλεκτρόδιο χρυσού: χρήση σε αναγωγικό περιβάλλον (κάτω από 500 mV) όπως γαλβανικές εφαρμογές, εξόρυξη (κυάνιο).

Χρειάζεται να βαθμονομήσετε ένα ηλεκτρόδιο ORP;

Τα ηλεκτρόδια ORP δεν απαιτούν βαθμονόμηση, όπως συμβαίνει με το pH. Ωστόσο, τα ηλεκτρόδια ORP πρέπει να ρυθμιστούν πριν από τη χρήση. Εάν το ηλεκτρόδιο είναι καινούργιο, μουλιάστε το άκρο σε ζεστό νερό βρύσης. Αυτό θα βελτιώσει τη ροή του κόμβου αναφοράς. Για να ελέγξετε τη λειτουργία του ηλεκτροδίου, βυθίστε το άκρο στο διάλυμα ORP HI7021L ή HI7022L της Hanna Instruments. Η ένδειξη πρέπει να είναι +/- 50 mV της τιμής που αναγράφεται στη φιάλη. Εάν η ένδειξη δεν είναι εντός +/- 50 mV, απαιτείται επεξεργασία οξείδωσης ή αναγωγής με διάλυμα HI7092 ή HI7091. Προετοιμάζει επίσης την επιφάνεια του ηλεκτροδίου και επιταχύνει τον αρχικό χρόνο απόκρισης. Εάν το ηλεκτρόδιο δεν είναι αρκετά ακριβές μετά την προετοιμασία και τη δοκιμή, ακολουθήστε τη διαδικασία καθαρισμού.